【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增强型氮化镓高电子迁移率晶体管，具体涉及一种能提高短路能力的增强型氮化镓高电子迁移率晶体管，属于半导体器件。
技术介绍
1、氮化镓高电子迁移率晶体管(gan hemt)具有导通损耗低、开关频率高等优异特性，可以实现效率和功率密度更高的功率电子电路，已经得到了广泛的应用。同时为了提高功率电子电路安全性、简化功率器件栅极驱动电路设计，实际使用中，更希望采用增强型氮化镓高电子迁移率晶体管。然而，在实际功率开关电路中，由于可能发生的负载短路、错误的栅极控制信号、高低侧功率管穿通等原因，gan hemt在高电压工作下容易出现短路(short circuit)现象。此时，gan hemt中同时存在高漏极电压(vds)和高漏极电流(id)，产生的高密度的热量会导致氮化镓器件失效甚至损坏。为了解决这一问题，研究人员提出了一些提高氮化镓器件短路能力的方法。
2、俄亥俄州立大学设计了一种短路保护电路，提出了三步短路保护方案[1]。该方案可以快速检测短路现象，降低gan hemt的栅极电压以增强器件短路能力，并在确认短路后关闭gan hemt。实验结果表明，该方案可以将gan hemt的短路故障检测时间从2μs缩短到几十纳秒。但是，短路保护电路会造成整个系统的设计更为复杂。
3、北卡罗来纳州立大学提出将一个栅极源极短接的低压si耗尽型mosfet与gan晶体管的源极相串联的方法来提高短路能力[2]。si耗尽型mosfet具有更低的饱和电流密度，从而可以降低整个器件的饱和电流。但是这是一种双芯片技术，会带来其他寄生
4、transphorm公司提出了一种能降低饱和电流密度的gan器件结构。在器件宽度方向上，部分地移除了栅极下方的二维电子气(2deg)导电沟道[3]，最终将gan hemt的短路时间延长到了3μs。但是栅极下方2deg导电沟道移除部分的长度、宽度和间隔需要进行合理设计。
5、目前亟需一种能降低氮化镓高电子迁移率晶体管的饱和电流密度的技术方案，以实现提高gan hemt短路能力的目的。
6、参考文献：
7、[1]x.lyu et al.,“a reliable ultrafast short-circuit protection methodfor e-mode gan hemt,”in ieee transactions on power electronics,vol.35,no.9,pp.8926-8933,sept.2020,doi:10.1109/tpel.2020.2968865.
8、[2]a.kanale and b.j.baliga,“achieving short circuit capability for600v gan fets using a gate-source-shorted si depletion-mode mosfet in serieswith the source,”2020ieee workshop on wide bandgap power devices andapplications(wipda),suita,japan,sep.2020,pp.1-6,doi:10.1109/wipdaasia49671.2020.9360275.
9、[3]d.bisi,j.gritters,t.hosoda,m.kamiyama,b.cruse,y.huang,j.mckay,g.gupta,r.lal,c.neufeld,p.zuk,y.wu,p.parikh and u.mishra,“short-circuitcapability demonstrated for gan power switches,”apec,phoenix,az,usa,jun.2021,pp.370–375,doi:10.1109/apec42165.2021.9486987.
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种能通过降低饱和电流密度来提高增强型氮化镓高电子迁移率晶体管短路能力的技术方法，用以解决功率电子电路中氮化镓器件容易出现短路现象的问题。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种提高增强型氮化镓高电子迁移率晶体管(gan hemt)短路能力的方法，在传统结构增强型gan hemt的栅源之间紧邻源极区域的有源区沉积金属，该金属与传统结构增强型gan hemt的源极直接相连，形成一个传统结构增强型gan hemt与栅源短接的耗尽型ganhemt(即d-mode gan hemt)相结合的复合结构，成为一个短路能力提高的完整的增强型氮化镓高电子迁移率晶体管。
4、在本专利技术完整的增强型gan hemt中，传统增强型gan hemt与d-mode gan hemt共用一个源极。开启完整的增强型gan hemt的栅极之后，随着栅极电压(vgs)和漏极电压(vds)的增大，栅源短接的d-mode gan hemt会率先进入饱和区，此时整个器件的漏极电流(id)即为该d-mode gan hemt的饱和电流。继续增大vgs和vds，完整的增强型gan hemt的id不会再增大，因为整个器件的饱和电流已经被栅源短接的d-mode gan hemt所钳制住。因此通过在传统增强型gan hemt的栅源之间紧邻源极的有源区沉积金属，可以制备出饱和电流密度降低的增强型gan hemt，以实现提高短路能力的目的。
5、其中，所述增强型gan hemt可以是pgan栅极gan hemt，也可以是具有mis栅极结构的gan hemt或具有氟离子注入形成的栅极结构的gan hemt。
6、本专利技术提供的短路能力提高的增强型氮化镓高电子迁移率晶体管，包括衬底及衬底上依次层叠的缓冲层、沟道层、势垒层，源极和漏极位于势垒层上有源区的两侧，栅极结构位于源极和漏极之间，栅极位于栅极结构上，源极与栅极之间、栅极与漏极之间为钝化层，其特征在于，在栅源之间紧邻源极的有源区沉积有金属，该金属与源极直接相连，与栅极之间由钝化层隔开。
7、上述短路能力提高的增强型氮化镓高电子迁移率晶体管中，在栅源之间与源极直接相连的金属位于势垒层上或者位于钝化层上。当该金属位于势垒层上时，形成肖特基栅极d-mode gan hemt；当该金属下方保留一定厚度(如2～30nm)的钝化层时，形成mis栅极d-mode gan hemt。
8、上述短路能力提高的pgan栅极氮化镓高电子迁移率晶体管中，所述衬底可以采用si衬底、sic衬底、蓝宝石(sapphire)衬底和gan衬底等；所述缓冲层可以采用gan、aln、ingan、algan、inalgan等材料中一种或多种的组合；所述沟道层可以采用gan、ingan、algan、inalgan等材料；所述势垒层可以采用gan、aln、algan、ingan、inalgan等材料中一种或多种的组合。
9、上述短路能力提高本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高增强型GaN HEMT短路能力的方法，在传统结构增强型GaN HEMT的栅源之间紧邻源极区域的有源区沉积金属，该金属与传统结构增强型GaN HEMT的源极直接相连，形成一个传统结构增强型GaN HEMT与栅源短接的耗尽型GaN HEMT相结合的复合结构，成为一个短路能力提高的完整的增强型GaN HEMT。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增强型GaN HEMT是pGaN栅极GaN HEMT，或者是具有MIS栅极结构或具有氟离子注入形成的栅极结构的GaN HEMT。
3.一种短路能力提高的增强型GaN HEMT，包括衬底及衬底上依次层叠的缓冲层、沟道层、势垒层，源极和漏极位于势垒层上有源区的两侧，栅极结构位于源极和漏极之间，栅极位于栅极结构上，源极与栅极之间、栅极与漏极之间为钝化层，其特征在于，在栅源之间紧邻源极的有源区沉积有金属，该金属与源极直接相连，与栅极之间由钝化层隔开。
4.如权利要求3所述的增强型GaN HEMT，其特征在于，在栅源之间与源极直接相连的金属位于势垒层上，形成一个栅源短接的肖特基栅极耗尽型GaN H
5.如权利要求3所述的增强型GaN HEMT，其特征在于，所述栅极结构为pGaN栅极结构、MIS栅极结构或氟离子注入形成的栅极结构。
6.如权利要求3所述的增强型GaN HEMT，其特征在于，所述衬底为Si衬底、SiC衬底、蓝宝石衬底或GaN衬底。
7.如权利要求3所述的增强型GaN HEMT，其特征在于，所述缓冲层选自下列材料中的一种或多种：GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN；所述沟道层为GaN、InGaN、AlGaN或InAlGaN。
8.如权利要求3所述的增强型GaN HEMT，其特征在于，所述势垒层选自下列材料中的一种或多种：GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InAlGaN。
9.权利要求3所述的增强型GaN HEMT的制备方法，其特征在于，所述增强型GaN HEMT的栅极结构为p型GaN帽层，制备方法包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤4)在栅源之间紧邻源极处保留的凹槽位于势垒层上，或者位于部分刻蚀的钝化层上。
...【技术特征摘要】
1.一种提高增强型gan hemt短路能力的方法，在传统结构增强型gan hemt的栅源之间紧邻源极区域的有源区沉积金属，该金属与传统结构增强型gan hemt的源极直接相连，形成一个传统结构增强型gan hemt与栅源短接的耗尽型gan hemt相结合的复合结构，成为一个短路能力提高的完整的增强型gan hemt。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增强型gan hemt是pgan栅极gan hemt，或者是具有mis栅极结构或具有氟离子注入形成的栅极结构的gan hemt。
3.一种短路能力提高的增强型gan hemt，包括衬底及衬底上依次层叠的缓冲层、沟道层、势垒层，源极和漏极位于势垒层上有源区的两侧，栅极结构位于源极和漏极之间，栅极位于栅极结构上，源极与栅极之间、栅极与漏极之间为钝化层，其特征在于，在栅源之间紧邻源极的有源区沉积有金属，该金属与源极直接相连，与栅极之间由钝化层隔开。
4.如权利要求3所述的增强型gan hemt，其特征在于，在栅源之间与源极直接相连的金属位于势垒层上，形成一个栅源短接的肖特基栅极耗尽型gan hemt；或者，在栅源之间与源极直接相连的...
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